深入解析FAN9672：雙通道交錯CCM PFC控制器的卓越性能與應(yīng)用

在電源設(shè)計領(lǐng)域，功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)對于提高電源效率、降低諧波污染至關(guān)重要。今天，我們將深入探討安森美（onsemi）的FAN9672，一款專為PFC預(yù)調(diào)節(jié)器設(shè)計的雙通道交錯連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）PFC控制器IC。

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一、FAN9672概述

FAN9672是一款功能強大的PFC控制器，它集成了前沿、平均電流和“升壓”型功率因數(shù)校正電路，能夠使電源設(shè)計完全符合IEC1000 - 3 - 2規(guī)范。交錯操作顯著降低了輸入和輸出紋波電流，簡化了傳導(dǎo)EMI濾波，降低了成本。此外，創(chuàng)新的通道管理功能可根據(jù)CM引腳的設(shè)定電壓，在低功率條件下平穩(wěn)加載和卸載從通道，提高PFC轉(zhuǎn)換器的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。同時，它還具備多種保護(hù)功能，如峰值電流限制、輸入電壓欠壓保護(hù)和TriFault檢測功能。

二、關(guān)鍵特性

1. 控制模式

• 連續(xù)導(dǎo)通模式控制：確保電感電流連續(xù)，降低電感電流紋波，使功率半導(dǎo)體器件的最大峰值電流更低。
• 雙通道PFC控制：最大支持雙通道PFC控制，提高電源的功率處理能力。
• 平均電流模式控制：通過電流命令控制電感電流的平均值，實現(xiàn)精確的電流控制。

2. 可編程特性

• 操作頻率范圍：可編程的操作頻率范圍為18 kHz ～ 40 kHz或55 kHz ～ 75 kHz，可根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整。
• PFC輸出電壓：可通過PVO引腳編程輸出電壓，滿足不同應(yīng)用的電壓要求。

3. 保護(hù)功能

• 雙電流限制功能：ILIMIT和ILIMIT2引腳可分別設(shè)置電流命令限制和峰值電流限制，保護(hù)功率器件免受損壞。
• TriFault檢測：監(jiān)測FBPFC引腳，當(dāng)反饋路徑出現(xiàn)故障時，終止PFC輸出驅(qū)動，提高電源可靠性。
• 凹陷保護(hù)：防止AC輸入電壓凹陷對電源造成影響。

4. 其他特性

• 可編程軟啟動：通過連接電容到SS引腳設(shè)置軟啟動時間，避免啟動時的電流沖擊。
• 欠壓鎖定（UVLO）：確保IC在合適的電源電壓下正常工作。
• 差分電流傳感：使用差分放大器消除其他通道的開關(guān)噪聲，提高PFC在高功率應(yīng)用中的穩(wěn)定性。

三、引腳功能詳解

FAN9672采用32引腳LQFP封裝，各引腳功能如下：

1. 關(guān)鍵控制引腳

• PVO：可編程輸出電壓引腳，通過連接微控制器（MCU）的DC電壓來設(shè)置輸出電壓水平。
• ILIMIT：電流命令鉗位設(shè)置引腳，通過連接電阻和電容確定電流命令的限制值。
• RI：振蕩器設(shè)置引腳，連接電阻到地確定開關(guān)頻率。
• CM1和CM2：通道管理設(shè)置引腳，用于配置PFC的啟用/禁用特性。

2. 電流和電壓傳感引腳

• CS1±和CS2±：差分電流傳感引腳，用于檢測PFC電流。
• FBPFC：PFC電壓反饋輸入引腳，連接到PFC輸出通過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)。

3. 輸出驅(qū)動引腳

• OPFC1和OPFC2：PFC柵極驅(qū)動輸出引腳，為MOSFET或IGBT提供圖騰柱輸出驅(qū)動。

四、工作原理

1. 連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）

FAN9672采用CCM控制，與邊界導(dǎo)通模式（BCM）不同，CCM模式下電感電流始終連續(xù)且大于零。這種模式降低了電感電流紋波，使功率半導(dǎo)體器件的最大峰值電流更低，提高了電源的效率和可靠性。

2. 增益調(diào)制器

FAN9672采用兩個控制環(huán)路進(jìn)行功率因數(shù)校正：電流控制環(huán)路和電壓控制環(huán)路。增益調(diào)制器提供參考信號來控制PFC輸入電流，其輸出信號IMO是VVEA、IIAC和VLPK的函數(shù)，通過公式(I{MO }=K × frac{I{A C} × V{V E A}}{V{L P K}^{2}})計算，其中K值根據(jù)VIR引腳電壓不同而變化。

3. 電流平衡

在多通道控制中，不同通道的電流匹配至關(guān)重要。FAN9672通過基于感測信號VCS跟蹤增益調(diào)制器的電流命令來控制每個通道的電流。為了確保電流平衡，建議使用高精度的分流電阻，并注意布局設(shè)計，減少電流感測電阻與控制器或電源地之間的布局距離。

4. 交錯操作

FAN9672用于控制兩個并聯(lián)的升壓轉(zhuǎn)換器，開關(guān)以180°異相運行。交錯操作可降低輸入總紋波電流，同時使每個通道的輸出電流紋波均勻分布在輸出電容器上，延長電容器的使用壽命。

5. 通道管理

通道管理功能通過CM引腳實現(xiàn)，通過改變電流命令的增益來調(diào)整從通道的負(fù)載。當(dāng)VVEA水平低于CM設(shè)定的閾值時，F(xiàn)AN9672開始降低通道2的電流命令，從而減少從通道的輸出功率。此外，通道管理功能還可以通過MCU進(jìn)行外部控制。

五、典型應(yīng)用

FAN9672適用于多種高功率應(yīng)用，包括：

• 高功率AC - DC電源：為服務(wù)器、電信設(shè)備等提供高效穩(wěn)定的電源。
• DC電機電源：滿足電機驅(qū)動的功率需求。
• 白色家電：如空調(diào)電源，提高家電的能源效率。
• UPS和工業(yè)焊接電源：確保在各種工業(yè)環(huán)境下的可靠運行。

六、系統(tǒng)設(shè)計注意事項

1. 浪涌電流

在AC輸入首次連接到升壓PFC轉(zhuǎn)換器時，要注意浪涌電流。建議使用NTC和并聯(lián)繼電器電路來降低浪涌電流，并添加旁路二極管為浪涌電流提供通路。

2. 下游電源階段

PFC階段通常為下游的DC - DC或逆變器提供電源。建議在PFC輸出電壓接近指定的穩(wěn)態(tài)值時，使下游電源階段滿負(fù)載運行。

3. PVO功能

PVO功能用于改變PFC的輸出電壓VPFC，VPFC應(yīng)至少比VIN高25 V，以確保電源的正常運行。

七、總結(jié)

FAN9672作為一款高性能的雙通道交錯CCM PFC控制器，具有豐富的功能和出色的性能。它在功率因數(shù)校正、電流平衡、通道管理和保護(hù)功能等方面表現(xiàn)卓越，適用于各種高功率應(yīng)用。電子工程師在設(shè)計電源時，可以充分利用FAN9672的特性，提高電源的效率、可靠性和穩(wěn)定性。在實際應(yīng)用中，還需要根據(jù)具體需求進(jìn)行合理的電路設(shè)計和參數(shù)調(diào)整，以實現(xiàn)最佳的性能表現(xiàn)。大家在使用FAN9672的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。